□李 朋

近年來，為優(yōu)化我國水資源供給，破解水資源配置與經(jīng)濟社會發(fā)展需求不相適應的矛盾，國家大力推進大水網(wǎng)工程建設。同時隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的逐步推進，為提高農(nóng)村飲水安全，全國各地積極開展農(nóng)村供水保障體系建設。無論是國家大水網(wǎng)工程還是農(nóng)村供水保障體系建設，輸水管道工程是工程建設的重要組成部分?，F(xiàn)結(jié)合工程設計實踐經(jīng)驗，通過梳理工程實例在各設計階段中的經(jīng)驗及存在的問題，從輸水線路布置、建筑物布置、管道壓力流量調(diào)節(jié)、管道管材管徑設計、穿越工程設計以及管道安全監(jiān)測、水壓試驗等多個方面，對長距離輸水管道工程設計要點進行歸納總結(jié)，為類似工程設計與建設提供參考。

1.輸水線路布置

線路布置的確定是輸水管道工程在前期設計階段主要工作之一。長距離輸水管道工程線路布置具有空間跨度大、影響范圍廣、制約因素多等特點，因此，為確保輸水線路布置的合理性及可實施性，前期設計階段應重視對輸水線路的選址、選線工作，在詳細查勘調(diào)研的基礎上，充分考慮工程的影響、制約因素，經(jīng)綜合比選確定輸水線路布置。

1.1 強化與國土空間規(guī)劃對接

在確定取水水源及受水目標后，即可開展總體線路規(guī)劃布置。在以往工程前期設計階段，往往主要是從技術角度出發(fā)，考慮地形、地質(zhì)、施工工期、工程投資等因素的影響，進行線路布置。近年來隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟社會全面協(xié)調(diào)發(fā)展，各地區(qū)逐漸出臺了國土空間規(guī)劃，對城鄉(xiāng)空間布局日益重視。因此，在前期設計階段，應與工程所在地規(guī)劃部門充分對接，通過調(diào)整優(yōu)化管線布置滿足當?shù)乜臻g總體規(guī)劃，特別是穿越規(guī)劃園區(qū)、規(guī)劃路網(wǎng)、環(huán)境敏感區(qū)時，管線布置應由規(guī)劃部門結(jié)合國土空間布局統(tǒng)一規(guī)劃確定。在此基礎上，由規(guī)劃部門確認輸水線路并出具選址意見。這樣可有效提高后期設計工作效率，避免因線路布置不合理導致設計方案返工。

1.2 統(tǒng)籌考慮現(xiàn)狀地貌及現(xiàn)有障礙物影響

輸水線路應在深入進行實地踏勘和線路方案比選優(yōu)化后確定。設計階段應在實地踏勘的基礎上，充分利用實測地形圖、無人機航拍以及地質(zhì)勘察成果，詳細了解工程區(qū)地形地貌、地上及地下建（構）筑物、各類管線等其他障礙物。根據(jù)工程區(qū)地形地貌及各類既有建筑物、管線分布情況，統(tǒng)籌布置輸水線路，一般可沿現(xiàn)有（規(guī)劃）道路、河道方向布置。需要注意的是，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，現(xiàn)有道路兩側(cè)往往布有高壓線塔（桿）、燃氣等各類管線，沿現(xiàn)有道路布置輸水管線時，應充分考慮與現(xiàn)有高壓線塔（桿）、管線的空間距離要求。

1.3 注重局部線路優(yōu)化設計

在完成總體線路布局后，應注重局部線路優(yōu)化設計，避免后期因局部線路布置不合理導致工程變更。例如，利用實測地形圖，充分了解線路兩側(cè)地形地貌，避免線路緊鄰河渠坑塘邊緣，以防影響管道運行安全及增加施工難度；考慮到征遷難度影響，輸水線路應合理躲避集中成片墳地、景觀植被等，盡可能降低工程征遷實施難度。

2.建（構）筑物布置

輸水管道工程建（構）筑物主要包括泵站、井室、分水口、調(diào)壓調(diào)流設施等。在工程前期設計階段，建（構）筑物設計除應滿足工程技術要求外，還應注重考慮工程占地、工程運行管理的需求。

涉及到永久占地的建（構）筑物，前期設計階段應與國土部門對接，在滿足工程總體布置要求的前提下，盡量布置在非基本農(nóng)田區(qū)域，避免因土地預審、土地組卷等存在問題而導致設計方案的變動。

為優(yōu)化工程占地，應合理布置各井室位置。在滿足工程布置要求的前提下，為減少井室布置對現(xiàn)有農(nóng)田的影響，同時便于運行管理，應盡量將井室布置在道路兩側(cè)。距離較近的井室，可以考慮合并布置。根據(jù)閥井布置原則，檢修井附近一般同時設置排氣井，為節(jié)約工程占地，同時便于工程運行管理，可將緊鄰的檢修井、排氣井合并設置為檢修排氣井。為滿足管道檢修時排空管道內(nèi)水的要求，根據(jù)輸水管道縱斷面布置確定管線排水分區(qū)，每隔一定距離設置泄水井。泄水井位置的選擇應考慮排水出路問題，尤其是大管徑及排水分區(qū)較長的管線，排水量較大，泄水井的位置應根據(jù)地形地貌條件，盡量布置在現(xiàn)有河渠附近。

根據(jù)工程對不同工況的運行需要，往往需要在管線末端布置調(diào)壓調(diào)流設施（一般設置調(diào)流閥）。以往工程多采用設置獨立調(diào)流閥站的方案，同時配置電氣、管理用房，管理調(diào)流閥站的運行。由于輸水管線末端一般對接水廠，在管理模式允許的情況下，可通過工程對接，將末端調(diào)流閥設置在水廠廠區(qū)內(nèi)，電氣設備與水廠配電室結(jié)合布置，可以充分節(jié)約利用土地、減少工程投資，同時提高工程管理效率。

3.管道壓力流量調(diào)節(jié)設計

長距離輸水管道工程一般線路長、支線多，運行工況復雜，管道內(nèi)水壓力變化較大，是影響管道安全運行的主要因素。管道壓力流量調(diào)節(jié)是長距離輸水管道工程設計的重要課題。

前期設計階段，應根據(jù)地形高差條件，選擇有壓重力輸水、泵站加壓輸水以及重力和加壓組合輸水方式。在此基礎上，根據(jù)供水管線布置、管道管徑、管材、閥件組成及排氣閥設置等參數(shù)，對不同輸水流量、不同位置分水口閥門關閉和開啟等多種運行工況下的管道內(nèi)水力過渡過程進行模擬計算，研究確定管道壓力流量調(diào)節(jié)方案。壓力調(diào)節(jié)及水錘防護方案一般根據(jù)壓力調(diào)節(jié)范圍、水錘壓力大小等因素，可采用單獨設置調(diào)壓塔、調(diào)流閥、排氣閥以及相互組合設置等方案。適宜的管道壓力流量調(diào)節(jié)方案可實現(xiàn)管材壓力選擇與流量調(diào)節(jié)時間的協(xié)調(diào)，保證工程安全，降低工程投資。

在管線分水口及末端設置調(diào)流閥是調(diào)節(jié)壓力流量較為常用的方法之一。在工程運行中根據(jù)運行要求或用戶用水量的變化對輸水流量進行調(diào)節(jié)，控制分水流量和壓力水頭；當輸水系統(tǒng)在低于管道設計輸水流量下運行時，消減系統(tǒng)產(chǎn)生的富余能量；輸水管道停水時，緩慢關閉調(diào)流閥，有效控制和降低系統(tǒng)水錘壓力。同時對于大管徑輸水管道，調(diào)流閥宜采用多管并聯(lián)布置，設計工況下同時工作，運行初期和事故工況互為備用?？纱蟠罂s短調(diào)流閥全行程有效關閉時間，使管線調(diào)度的安全性和靈活性大大增加，降低了電動執(zhí)行器設計制造難度，方便了工程運行調(diào)度。

對于距離較長、沿線分水口較多、運行工況復雜且工程重要性較高的輸水管道工程，結(jié)合水力過渡過程模擬計算結(jié)果，可在管道中間考慮設置調(diào)壓塔，用于消減水錘壓力。調(diào)壓塔設計和施工中，應重點研究解決大體積混凝土施工溫度控制、筒身高比例開孔率下的結(jié)構計算、筒身主體結(jié)構與外形結(jié)構后期施工變形協(xié)調(diào)等問題。根據(jù)已建工程運行效果，建成后的調(diào)壓塔滿足了水錘防護的要求，同時調(diào)壓塔外形可結(jié)合工程所在地人文歷史特點，進行仿古等個性化設計，建成后成為當?shù)氐牡貥私ㄖ铩?/p>

4.長距離輸水管材、管徑設計

對于長距離輸水工程，工程主體是管道，因此對管材、管徑的選擇是影響工程造價和工程運行效果的主要因素。根據(jù)工程輸水流量大小、地勢起伏變化情況，同時考慮內(nèi)壓、過流能力、施工條件等對管材、管徑的影響，經(jīng)綜合技術經(jīng)濟比選，合理確定管材、管徑等各項技術指標。

根據(jù)供水目標的需求，長距離輸水工程一般在沿線設置多個分水口，分水口下游管道流量逐級減小。以分水口為節(jié)點，可將整體輸水線路分成多個分區(qū)。根據(jù)各分區(qū)輸水模式、設計流量的不同，可選擇預應力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管、鋼管以及PE 管等管材。根據(jù)各分區(qū)流量的不同，按照經(jīng)濟流速（重力自流段）或最小費用年值法（泵站加壓段）確定各分區(qū)管道條數(shù)及管徑。多種管材、管徑和管道條數(shù)的設計，在滿足工程輸水要求的前提下，可節(jié)省工程投資。

長距離輸水管道工程根據(jù)各分區(qū)流量不同往往選擇不同的管材，同時非開挖穿越工程段管材與開挖段管材亦不同。合理確定管材之間的接口方式，是確保管道長期運行過程中密封不漏水的前提。PCCP 管道采用雙密封膠圈接口，滿足單接口打壓進行密封試驗的要求；球墨鑄鐵管采用T 形承插式膠圈接口及自錨式接口；鋼管采用焊接接口；閥門相接處采用法蘭接口；鋼管與PCCP 管道、DIP 管道的連接使用專用連接管件。

一般管道采用明挖式施工，開挖斷面采用梯形斷面，為滿足管道安裝和管溝回填要求，根據(jù)管徑選擇不同的基槽開挖寬度。管道埋深除滿足抗凍、抗沖、車輛荷載及上部耕種要求外，同時滿足檢修或施工后期尚未通水階段的抗浮要求。對轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎角度小于5°的，可采取小角度借轉(zhuǎn)方式；轉(zhuǎn)彎角度大于5°小于10°的，可采用彎頭兩端焊接直鋼管滿足穩(wěn)定要求；轉(zhuǎn)彎角度大于10°時，應采用加設支墩方式滿足抗滑穩(wěn)定要求。DIP 管段可充分利用管道自身特點，采用管節(jié)自錨與鎮(zhèn)墩相結(jié)合的轉(zhuǎn)點止推方案，保證安全性，提高了工程的經(jīng)濟性。

5.穿越工程設計

長距離輸水管道工程線路長、范圍廣，往往不可避免需穿越鐵路、公路、河渠及各類線纜等。無論是施工工期還是工程質(zhì)量控制，穿越工程是輸水管道工程的重要節(jié)點工程。

穿越工程設計方案應充分考慮穿越對象對輸水管線穿越的角度、埋深、穿越方式等要求，經(jīng)技術經(jīng)濟比選后選擇適宜可行的穿越方案。盡量避免因穿越對象主管部門對穿越方案提出的審批意見與擬定的穿越方案不同而導致方案的返工。

穿越方式一般可采用開挖直埋、頂管、定向鉆等方式。當采用頂管或定向鉆等非開挖穿越方式時，應注重對穿越區(qū)域及周邊地區(qū)地下各類電纜、油氣管線等既有設施的調(diào)查，詳細掌握現(xiàn)有管線的走向、埋深、管徑及壓力等級等主要參數(shù)指標，在此基礎上，以安全空間凈距為前提，對新建輸水管道進行平面、縱斷面布置，確保輸水管線施工、運行安全。

頂管穿越工程應在充分摸清水文地質(zhì)條件前提下，加強工作（接收）井結(jié)構及防滲設計，確保支護結(jié)構安全合理。定向鉆穿越工程應著重研究鉆孔軌跡范圍內(nèi)的地層地質(zhì)條件變化情況，準確評估定向鉆施工的難易程度，同時，定向鉆上下游管線應盡量布置一定長度的直線段，以滿足定向鉆管道連接、回拖施工場地要求。

當一般管段采用球墨鑄鐵管時，開挖穿越一般公路建議采用頂管用球墨鑄鐵管，這樣既能提高管材承壓性能，又不影響與上下游球墨鑄鐵管的承插連接，保證了穿越段管材與穿越段上下游管材一致，避免不同管材之間的接頭轉(zhuǎn)換。

6.管道安全監(jiān)測

長距離管道輸水工程往往是受水區(qū)重要的水源干線工程，工程服務對象廣、重要性高，管道運行是否安全可靠非常關鍵。工程設計階段應合理開展管道安全監(jiān)測設計，根據(jù)工程運行的需要，在管道起點、分水口處、管線末端等位置布設流量計、壓力變送器等管道監(jiān)測設施。近年來已成熟運用的無線智慧安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括無線數(shù)據(jù)采集設備、太陽能供電設備和數(shù)據(jù)遠程無線傳輸設備等。

工程采用無線智慧安全監(jiān)測系統(tǒng)，可實時在線監(jiān)測管道運行狀態(tài)，能夠保證長距離輸水管道的安全運行并及時發(fā)現(xiàn)事故和故障，為管線的安全運行和日常維護提供數(shù)據(jù)支持，提高了監(jiān)測結(jié)果的準確性。

7.管道水壓試驗

根據(jù)相關規(guī)范規(guī)定，壓力管道水壓試驗的管段長度不宜大于1.0 km。根據(jù)以往工程實踐經(jīng)驗，對于長距離輸水管道，分段水壓試驗長度較短，導致分段數(shù)量巨大，靠背和堵頭的制作及安裝、管道合攏的工作量也很大，尤其在大口徑管道中，因水壓試驗引起工期大幅延長和費用的增加。

管道水壓試驗一般按《長距離輸水管道整體水壓試驗技術規(guī)程》（DB13∕T2718-2018）執(zhí)行。試驗后背可選用混凝土墩墻、混凝土預制塊、鋼（木）樁或管線上的閥井，后背強度、剛度、穩(wěn)定性滿足試驗壓力要求，其中，穩(wěn)定安全系數(shù)取1.2～1.4。當閥門作為試驗段封堵板時，閥門應通過密封性和強度試驗，且試驗壓力不低于閥門位置處的管道試驗壓力。

長距離輸水管道工程根據(jù)線路平面、縱斷面布置，沿程5 km～10 km 左右設置一座檢修井。水壓試驗時，考慮到管道縱坡一般較緩，檢修閥門井設計時同時考慮水壓試驗壓力下的抗滑問題，因此水壓試驗分段一般可結(jié)合檢修井，以上下游檢修閥為堵板，依靠檢修井為靠背，分段長度為5 km～10 km 左右。按照全段充水、分段打壓的實驗方案，可大大加快試驗進度，減少合攏管數(shù)量，同時檢驗工程質(zhì)量，降低了工程投資。

8.結(jié)語

長距離輸水管道工程受地形地貌、地質(zhì)條件變化及沿線穿越河渠、道路等因素的影響較大，同時管道線路長、分水口多、運行工況復雜，在工程設計中考慮的因素較多。

本文結(jié)合工程設計實踐經(jīng)驗，從輸水線路布置、建筑物布置、管道壓力流量調(diào)節(jié)、管道管材管徑設計、穿越工程設計以及管道安全監(jiān)測、水壓試驗等多個方面，對長距離輸水管道工程設計要點進行了歸納總結(jié)，可為類似工程設計與建設提供借鑒?！?/p>